超临界CO2布雷顿循环及其径流式压气机设计

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面对能源危机与环境污染等问题,第四代核反应堆与超临界二氧化碳(SCO2)布雷顿循环的组合可以满足人们对环保能源与高效能量转换系统的要求,其中SCO2布雷顿循环因其高效、环保、适用范围广等优点,被越来越多的学者视为未来能量转换系统的主要发展方向,因此对SCO2布雷顿循环及其动力系统部件开展相关研究对未来能源发展具有重要意义。SCO2布雷顿循环作为第四代核反应堆能量转换系统具有广阔的发展前景与极高的商业价值。本文先以SCO2布雷顿循环系统为研究对象,结合CO2标准物性库开发了一套SCO2回热再压缩布雷顿循环特性计算优化程序,分析了循环参数对循环特性的影响,结果表明压比与再压缩系数存在最优值,压气机出口压力存在最优范围,换热器换热能力与压气机进口温度对循环效率有显著影响,与其他四种布置方式的对比表明回热再压缩循环相比于本文其他循环更适合于SCO2。然后对SCO2循环中主压气机的气动设计展开了相关研究,详细介绍了针对SCO2离心压气机的气动设计方法,开发了相关设计程序,利用该程序完成气动设计与性能预估,之后对SCO2工质的数值计算方法进行讨论研究,并完成了设计所得SCO2离心压气机的数值计算与流场分析,并对一维设计结果进行了验证,结果表明本文设计的压气机在各种工况下都有较好的气动性能,本文所采用的SCO2离心压气机气动设计方法是合理有效的,本文的一维设计程序与性能预测程序具有一定的可靠性,可以用于SCO2离心压气机的初步设计与性能预估。
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